Экологическая безопасность при взрывании накладных зарядов взрывчатых веществ

При ведении взрывных работ на карьерах строительных материалов характерным является большой объем работ по вторичному дроблению негабаритных блоков, достигающий на отдельных карьерах 6-7% объема. Высокие значения выхода негабаритных блоков вызван не неправильным ведением взрывных работ, а необходимостью обеспечения требуемого качества дробления и отсутствия переизмельчения пород, т. к. снижение объема негабарита за счет увеличения удельного расхода ВВ неизбежно приводит к увеличению выхода некондиционных фракций и, как следствие, ухудшению экономических показателей [1]. Большой объем негабаритных блоков создает экологическую напряженность при организации разделки негабарита, так как щебеночные карьеры расположены в непосредственной близости от жилых поселков, а взрывные работы работ по вторичному дроблению проводятся, как правило, накладными зарядами ежедневно.

Следует отметить, что ударные воздушные волны, формируемые взрывами накладных зарядов при определенных условиях, способны приводить не только к повреждению остекления, но и к формированию интенсивных колебаний жилых зданий и сооружений [2]. В таких условиях весьма актуальным становится вопрос о правильности расчета параметров буровзрывных работ при взрывании накладных зарядов .

• 1    Постановка задачи

Расчет радиуса опасной зоны по действию ударной воздушной волны на застекление в соответствии с методикой, изложенной в пункте 852 ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах»1, производится по формуле:

Г = 65 ,Q. , при 2 <  Q_э < 1000 кг (1) где Q_э — эквивалентная масса при взрывании наружных зарядов, определяемая по формуле:

Q э = к_н Q , (2) где Q — суммарная масса одновременно взрываемых зарядов; К_н — коэффициент, значение которого зависит от отношения высоты забойки к высоте заряда h_за б /h_зар .

Таблица 1

h заб /h зар	0	1	2	3	4
K н	1	0.5	0.3	0.1	0.03

При короткозамедленном взрывании в ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах»1 предлагается использовать поправку, учитывающую величину интервала замедления и определяемую в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Интервал замедления, мс	> 50	30 : 50	20 : 30	10 : 20
Q КЗВ /Q МГН	1.0	0.83	0.67	0.5

Такой подход к расчету радиусов опасных зон не учитывает взаимодействие УВВ как при взрыве отдельных зарядов ВВ, так и взаимодействие УВВ от взрыва отдельных групп замедления. Кроме того, не учитывается возможность усиления УВВ по отдельным направлениям, хотя экспериментальные данные свидетельствуют об асимметрии УВВ вокруг взрываемых зарядов [3]. Вторым неблагоприятным фактором, не учтенным в расчете может явиться фокусировка УВВ.

• 2    Материалы и методы

Для оценки влияния различных факторов на интенсивность ударной воздушной волны были проведены расчеты параметров УВВ при взрыве открытых зарядов ВВ с параметрами, близкими к принятым при производстве вторичного дробления на щебеночных карьерах. За основу были приняты параметры БВР по вторичному дроблению негабаритных блоков на щебеночном карьере Кузнечное (Ленинградской области): масса заряда в группе — 42, 84, 126 и 168 кг.

Радиусы опасных зон, рассчитанные в соответствии с ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах», приведены в таблице 3.

Таблица 3

Радиусы опасных зон

Масса заряда, кг	К н	Q э	Безопасное расстояние при мгновенном взрывании или U >50мс, м	Безопасное расстояние при короткозамедленном взрывании (10< t 3„M <20 мс), м	Безопасное расстояние при короткозамедленном взрывании (20< t 3QM <30 мс), м	Безопасное расстояние при короткозамедленном взрывании (30< t 3QM <50 мс), м
42	1	42,0	421	842	632	505
84	1	84,0	596	1191	894	715
126	1	126,0	730	1459	1094	876
168	1	168,0	842	1685	1264	1011

Расчет радиусов опасных зон в табл. 3 произведен для наружных зарядов без засыпки грунтом при благоприятных метеорологических условиях (положительная температура воздуха) при взрывании пород до VIII группы по СНиП.

Хотя разработанная методика расчета параметров УВВ и комплект программ [4] позволяют рассчитать параметры избыточного давления на фронте ударной воздушной волны при произвольном расположении зарядов на местности, при расчете были приняты следующие допущения:

• •    заряды в пределах одной группы замедления считались сосредоточенными в одной точки и инициировались одновременно;

• •    группы замедления располагались по одной линии, причем заряды инициировались последовательно с заданным интервалом замедления;

• •    разброс в срабатывании детонаторов не учитывался;

• •    расчеты производились для благоприятных метеорологических условий, рельеф местности принимался ровным горизонтальным.

Рис. 1. Влияние массы заряда в группе и числа групп замедления на избыточное давление на фронте УВВ на расстоянии 800 м от места взрыва

Используя методику расчета параметров УВВ при производстве промышленных взрывов [3], оценим влияние различных факторов на ударную воздушную волну, формируемую при взрыве зарядов дробления негабаритных блоков. В качестве исходных данных для расчета возьмем стандартные параметры зарядов дробления негабаритных блоков, принятые на карьере «Гранит-Кузнечное» Ленинградской области.

Рассмотрим влияние массы заряда в группе замедления на избыточное давление на фронте ударной воздушной волны. На рис. 1 приведены значения избыточного давления на фронте УВВ при изменении массы заряда в группе от 42 до 168 кг, где видно, что с увеличением массы заряда избыточное давление на фронте возрастает, однако даже при массе заряда 168 кг на расстоянии 800 м не превышает допустимого уровня (500 Па). На этом же рисунке приведены зависимости избыточного давления на фронте при короткозамедленном взрывании при изменении числа зарядов в группе от 2 до 5 с интервалом замедления 20 мс.

Сравнение значений избыточного давления на фронте со значением допустимого уровня воздействия показывает, что применение короткозамедленного взрывания не всегда обеспечивает безопасность проведения взрыва по фактору ударной воздушной волны. Так при взрывании более чем четырех групп замедления увеличение массы заряда в группе свыше 84 кг приводит к превышению допустимого уровня воздействия. При взрывании двух групп замедления увеличение массы заряда в группе также приводит к превышению допустимого уровня воздействия.

Рассстояние от места взрыва, м

Рис. 2. Влияние расстояния от места взрыва на интенсивность избыточного давления на фронте УВВ при взрывании 5 групп зарядов по 168 кг с замедлением 20 мс

Кроме массы заряда в группе на величину избыточного давления влияет расстояние от места проведения взрыва до охраняемого объекта.

На рис. 2 приведены зависимости избыточного давления на фронте УВВ, сформированной взрывом 5 групп зарядов по 168 кг с замедлением 20 мс в диапазоне расстояний 800–1200 м. Сравнение расчетной кривой с допустимым значением избыточного давления на фронте УВВ (50 Па) показывает, что на расстояниях менее 1050 м избыточное давление превышает допустимый уровень и может приводить к повреждению остекления.

Рис. 3. Влияние числа групп замедления и интервала замедления на величину избыточного давления на фронте УВВ (масса заряда в группе — 168 кг, расстояние от места взрыва — 800 м).

Кроме рассмотренных параметров на интенсивность ударной воздушной волны оказывает влияние также величина интервала замедления между группами зарядов. На рис. 3 приведены графики зависимости избыточного давления на фронте УВВ при взрыве накладных зарядов на расстоянии 800 м от места взрыва. Кривые соответствуют взрыванию с интервалами замедления 15, 20, 35 и 50 мс. Число групп замедления изменяется от 1 до 10, масса заряда в группе составляет 168 кг. Как видно из приведенных на рис. 3 результатов расчетов, увеличение интервала замедления приводит к снижению избыточного давления на фронте УВВ при любом числе групп замедления. При малых значениях интервала замедления (15–20 мс) с увеличением числа групп замедления избыточное давление на фронте УВВ монотонно возрастает. Для интервала замедления 35 мс возрастание наблюдается до 7–8 групп замедления, при дальнейшем увеличении групп замедления избыточное давление не увеличивается. При интервале замедления 50 мс возрастание избыточного давления с ростом числа групп замедления прекращается, начиная с 3–4-й групп замедления.

Рис. 4. Влияние расстояния между группами на диаграмму направленности действия системы накладных зарядов дробления негабаритных блоков на удалении 1000 м от места взрыва и интервале замедления между группами 20 мс

Для оценки направленности воздействия ударной воздушной волны по различным направлениям вокруг были рассчитаны параметры УВВ при двух взрывах зарядов дробления негабарита с равной массой заряда ВВ в группе (168 кг) и различных расстояниях между группами зарядов — 10, 20 и 50 м. Из результатов расчетов, приведенных на рис. 4, видно, что с увеличением расстояний между зарядами в группе асимметрия действия системы накладных зарядов увеличивается. При этом в направлении, перпендикулярном линии расположения групп зарядов, наблюдается увеличение интенсивности воздействия, а в направлении вдоль линии расположения групп интенсивность избыточного давления на фронте УВВ снижается. Расчеты показывают, что как возрастание интенсивности суммарного воздействия, так и уменьшение ограничены некоторой величиной. Оценим значения этих величин.

Введем коэффициент асимметрии действия УВВ как

^К асим ( ^Г ) =

ДР (r)

+ max

,

+ min где AP+min(r), AP+max(r) — минимальное значение избыточного давления на фронте на расстоянии r от источника.

Для расстояний между зарядами 10 и 20 м величина K асим составит соответственно 1.76 и 1.94.

Минимальное значение соответствует направлению вдоль ряда зарядов против направления распространения детонации и достигается при раздельном приходе ударных волн от каждой группы зарядов, максимально возможное значение суммарной волны — в направлении, перпендикуляр- ном линии взрываемых зарядов, и соответствует одновременному приходу ударных волн от взрыва всех групп. Взаимодействие двух слабых УВВ треугольного профиля согласно М. А. Цикулину [5] можно определить как

AP + =AP + ( , - 1)

A P + T

AP,--1T i

При сложении n ударных воздушных волн равной интенсивности, подошедших одновременно, максимальное значение избыточного давления на фронте УВВ составит

AP .

^{= A P} ₊ ( , - 1) v « ,

где n — число групп замедлений.

Максимально возможное значение коэффициента асимметрии таким образом составит

„ AP (A r- ктим (r )=^pta=•                (6)

AP+,(r)

Заключение

Таким образом, хотя расчеты произведены для идеализированных условий ведения взрывных работ по дроблению негабаритных блоков, полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

• •    При короткозамедленном взрывании накладных зарядов необходимо учитывать не только массу заряда в группе и интервал замедления (внося поправку на интервал замедления, как это предусмотрено ФНиП «Правила безопасности при взрывных работах»), но и число групп замедления. Чем меньше интервал замедления, тем больше возрастание избыточного давления на фронте УВВ с увеличением числа групп замедления.

• •    За счет взаимодействия зарядов в группе результирующее избыточное давление на фронте УВВ может превысить безопасный уровень, даже если расчет по ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности при взрывных работах» и гарантирует безопасность воздействия.

• •    Чем меньше интервал замедления, тем больше взаимодействие между волнами, сформировавшимися от взрыва отдельных групп зарядов. При интервале замедления между группами зарядов 50 мс и более, начиная с 3–4-й групп зарядов, с увеличением числа групп усиления избыточного давления на фронте УВВ не происходит (при расстоянии между группами зарядов — 10 м).

• •    Диаграмма направленности УВВ асимметрична. Максимальное воздействие наблюдается в направлении, перпендикулярном линии расположения групп зарядов с некоторым сдвигом в сторону направления

детонации от группы зарядов к следующей группе. С увеличением расстояния между группами зарядов асимметрия действия зарядов увеличивается [6]. Расчеты показывают, что с увеличением интервала замедления значение коэффициента асимметрии снижается. Максимально возможное значение коэффициента асимметрии не превышает n — число групп замедления.